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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Instalação termonuclear. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Os cientistas vêm estudando o problema do uso de reações termonucleares para fins energéticos há muitos anos. Foram criadas instalações termonucleares únicas - dispositivos técnicos de alta complexidade destinados a estudar a possibilidade de obtenção de energia colossal, que até agora só é liberada durante a explosão de uma bomba de hidrogênio. Os cientistas querem aprender como controlar o curso da reação termonuclear - a reação de núcleos de hidrogênio pesado (deutério e trítio) que se combinam para formar núcleos de hélio em altas temperaturas - a fim de usar a energia liberada para fins pacíficos, em benefício das pessoas. .
Um litro de água da torneira contém muito pouco deutério. Mas se esse deutério for coletado e usado como combustível em uma instalação termonuclear, então será possível obter tanta energia quanto queimando quase 300 quilos de petróleo. E para fornecer a energia que hoje se obtém com a queima do combustível convencional produzido por ano, seria necessário extrair o deutério da água contida em um cubo com apenas 160 metros de lado. Só o rio Volga transporta anualmente cerca de 60000 metros cúbicos de água para o Mar Cáspio. Para que ocorra uma reação termonuclear, várias condições devem ser atendidas. Assim, a temperatura na zona onde os núcleos de hidrogênio pesado se combinam deveria ser de aproximadamente 100 milhões de graus. A uma temperatura tão enorme, não estamos mais falando de gás, mas de plasma. O plasma é um estado da matéria quando, em altas temperaturas dos gases, os átomos neutros perdem seus elétrons e se transformam em íons positivos. Em outras palavras, o plasma é uma mistura de íons e elétrons positivos que se movem livremente. A segunda condição é a necessidade de manter uma densidade de plasma na zona de reação de pelo menos 100 mil bilhões de partículas por centímetro cúbico. E por fim, o principal e mais difícil é que é preciso manter a reação termonuclear por pelo menos um segundo. A câmara de trabalho de uma instalação termonuclear é toroidal, semelhante a um enorme donut oco. É preenchido com uma mistura de deutério e trítio. Dentro da própria câmara, é criada uma bobina de plasma - um condutor através do qual passa uma corrente elétrica de cerca de 20 milhões de amperes. A corrente elétrica desempenha três funções importantes. Primeiro, ele cria plasma. Em segundo lugar, aquece até cem milhões de graus. E por fim, a corrente cria um campo magnético ao seu redor, ou seja, envolve o plasma com linhas de força magnéticas. Em princípio, as linhas de força ao redor do plasma deveriam mantê-lo suspenso e evitar que o plasma entre em contato com as paredes da câmara. Porém, manter o plasma suspenso não é tão simples. As forças elétricas deformam o condutor de plasma, que não possui a resistência de um condutor metálico. Ele se curva, atinge a parede da câmara e emite energia térmica para ela. Para evitar isso, bobinas são colocadas no topo da câmara toroidal, criando um campo magnético longitudinal na câmara, empurrando o condutor de plasma para longe das paredes. Só que isso não é suficiente, pois o condutor de plasma com corrente tende a esticar e aumentar seu diâmetro. O campo magnético, que é criado automaticamente, sem forças externas estranhas, também é projetado para impedir a expansão do condutor de plasma. O condutor de plasma é colocado junto com a câmara toroidal em outra câmara maior feita de material não magnético, geralmente cobre. Assim que o condutor de plasma tenta se desviar da posição de equilíbrio, uma corrente induzida aparece na casca de cobre, de acordo com a lei da indução eletromagnética, na direção oposta à corrente no plasma. Como resultado, surge uma força contrária que repele o plasma das paredes da câmara. Foi proposto em 1949 por A.D. evitar que o plasma entrasse em contato com as paredes da câmara por meio de um campo magnético. Sakharov, e um pouco mais tarde o americano J. Spitzer. Na física, costuma-se dar nomes a cada novo tipo de configuração experimental. Uma estrutura com tal sistema de enrolamento é chamada de tokamak - abreviação de "câmara toroidal e bobina magnética". Na década de 1970, a URSS construiu uma usina termonuclear chamada Tokamak-10. Foi desenvolvido no Instituto de Energia Atômica que leva seu nome. 10. Kurchatov. Utilizando esta instalação, obtivemos uma temperatura do condutor de plasma de 100 milhões de graus, uma densidade de plasma de pelo menos 0,5 mil bilhões de partículas por centímetro cúbico e um tempo de retenção de plasma próximo a 15 segundos. A maior instalação do nosso país hoje, Tokamak-XNUMX, também foi construída no centro científico de Moscou, Instituto Kurchatov.
Todas as instalações termonucleares criadas até agora consomem energia apenas para aquecer o plasma e criar campos magnéticos. A instalação termonuclear do futuro deverá, pelo contrário, libertar tanta energia que uma pequena parte dela possa ser utilizada para manter a reacção termonuclear, ou seja, aquecer o plasma, criar campos magnéticos e alimentar muitos dispositivos e instrumentos auxiliares, e a parte principal pode ser dada para consumo na rede elétrica Em 1997, no Reino Unido, o tokamak JET conseguiu uma correspondência entre a energia de entrada e de saída. Embora isso, é claro, não seja suficiente para que o processo seja autossustentável: até 80% da energia recebida é perdida. Para que o reator funcione, é necessário produzir cinco vezes mais energia do que a gasta no aquecimento do plasma e na criação de campos magnéticos. Em 1986, os países da União Europeia, juntamente com a URSS, os EUA e o Japão, decidiram desenvolver e construir conjuntamente até 2010 um tokamak suficientemente grande, capaz de produzir energia não só para apoiar a fusão termonuclear no plasma, mas também para produzir energia elétrica útil. Este reator foi chamado de ITER, uma abreviatura de "reator termonuclear experimental internacional". Em 1998, foi possível concluir os cálculos do projeto, mas devido à recusa americana, foram necessárias alterações no projeto do reator para reduzir seu custo. Você pode deixar as partículas se moverem naturalmente e moldar a câmera para seguir seu caminho. A câmera então tem uma aparência bastante bizarra. Repete a forma de um filamento de plasma que surge no campo magnético de bobinas externas de configuração complexa. O campo magnético é criado por bobinas externas de configuração muito mais complexa do que em um tokamak. Dispositivos desse tipo são chamados de estelaradores. O torsatron Uragan-3M foi construído em nosso país. Este stellarator experimental foi projetado para conter plasma aquecido a dez milhões de graus.
Atualmente, os tokamaks têm outros concorrentes sérios que utilizam fusão termonuclear inercial. Neste caso, vários miligramas de uma mistura de deutério-trítio são colocados em uma cápsula com diâmetro de 1-2 milímetros. A radiação pulsada de várias dezenas de lasers poderosos é focada na cápsula. Como resultado, a cápsula evapora instantaneamente. Você precisa colocar 2 MJ de energia na radiação em 5 a 10 nanossegundos. Então, a leve pressão comprimirá a mistura a tal ponto que uma reação de fusão termonuclear pode ocorrer. A energia liberada durante a explosão, equivalente em potência à explosão de cem quilos de TNT, será convertida em uma forma mais conveniente - por exemplo, em eletricidade. Uma planta piloto deste tipo (NIF) está sendo construída nos EUA e deverá entrar em operação em 2010. No entanto, a construção de estelares e de instalações de fusão inercial também enfrenta sérias dificuldades técnicas. Provavelmente, o uso prático da energia termonuclear não é uma questão de futuro próximo. Autor: Musskiy S.A.
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